[发明专利]生物质燃气冷却－吸收耦合深度脱除焦油的工艺及系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种生物质热化学转化过程生成的燃气中焦油的深度脱除方法，涉及一种生物质燃气冷却-吸收耦合深度脱除焦油的工艺及系统，属于生物质能高效利用领域。 

背景技术

生物质资源属于可再生资源，理想条件下可实现碳资源的循环利用。生物质资源经过适当的热化学或生物化学过程，转化为生物质燃气，或进一步深加工获得化学品，为社会提供基础化工原料或能源。因此，相对太阳能、风能等仅可产生电力等能源的可再生资源，生物质资源是唯一可转化为化学品的可再生资源，可作为化石原料的替代品，为经济社会发展提供资源基础。 

生物质热化学转化过程是在高温(或辅助催化剂)条件下，生物质原料经过干燥、热分解、氧化和还原过程，大分子经过断裂和重组，转化为小分子的燃料油或燃气的过程，该方法已成为生物质资源利用的主要方式。生物质热化学转化技术目前主要应用形式有气化燃气发电、气化燃气供热、热解生产生物油以及气化燃气合成化学品等。总地来说，该技术在气化过程的稳定性、气化过程的经济性及后续产品使用过程的安全性上尚存在一些关键障碍，故没有取得大规模推广应用。 

随着生物质热化学转化技术研究和示范的深入，气化过程中产生的焦油的影响成为制约该技术推广应用的关键难题之一。在生物质原料热化学转化过程中，伴随着气态产物的出现，会产生焦油大分子。焦油常温下是一种黑褐色黏稠液体，其成分非常复杂，可以分析出的成分有100多种，还有很多成分难以界定。焦油的主要成分不少于20种，大部分是苯的衍生物及多环芳烃，其中含量大于5％的大约有以下几种：萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯和酚等，其它成分的含量一般都小于5％。生物质焦油在200℃以下为液态，300℃以上呈气态，在高温下能分解成小分子永久性气体。焦油的存在限制生物质气化技术大规模应用的主要问题如 下：①焦油占可燃气能量的5％～10％，在低温(常温，接近环境温度)下难以与燃气一起被利用，导致热化学转化过程效率低下；②焦油在低温下凝结成液体，易和水、碳粒等粉尘结合为粘稠物，堵塞输气管道和阀门，腐蚀金属，影响系统运行和安全；③焦油难以完全燃烧，并产生碳黑等颗粒，对用于发电的燃气设备(如内燃机、燃气轮机等)的叶轮损害严重；④焦油及其燃烧后产生的毒气会污染环境。由此可见，可燃气中的焦油具有相当大的危害性，是生物质气化过程应用的主要障碍之一，必须对其进行有效处理。 

生物质燃气焦油处理方法主要包括物理法、热化学方法和等离子除焦法等。物理除焦方法包括湿法和干法两大类。湿式除焦法主要为水洗法，是用水将可燃气中的部分焦油冷却为液体，被水冲洗带走，该方法主要缺点是燃气中易夹带焦油雾滴，而且会带来洗焦废水的二次污染问题；干式除焦法即采用过滤技术净化燃气，可避免对水体和土壤的二次污染，但是在工程应用中，去除焦油的效果不理想，焦油的沉积严重，且存在系统设备复杂，运行寿命短等缺点，常与其它除焦方法联用。等离子除焦法是利用电晕放电可分解有机物的特点进行焦油的脱除，但是该方法设备造价和运行费用高，对操作管理的要求也比其它方法高。热化学转化法是在一定的温度条件下将焦油转化成燃气小分子，提高生物质的转化率和利用率，可分为热裂解法和催化裂解法，其中热裂解法能耗高，而催化裂解法催化剂易积炭和烧结，机械强度也较差，因而仅存在小规模示范应用。